DE2647230A1 - Control and angle positioning device for DC brush motor - uses pulses generated by perforated disc on motor shaft to compare with reference voltage - Google Patents
Control and angle positioning device for DC brush motor - uses pulses generated by perforated disc on motor shaft to compare with reference voltageInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Steuerung und WinkelpositionierungDevice for control and angular positioning
eines Gleichstrom-Bürstenmotors Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und Winkelpositionierung eines Gleichstrom-Bürstenmotors mit einem auf der Motorwelle sitzenden Tachogenerator, mit einer die Motorbestromung steuernden Leistungsstufe und mit einem Operationsverstärker, der die Ausgangs-Ist-Spannung des Tachogenerators mit einer vorgegebenen, der gewünschten Motordrehzahl entsprechenden Soll-Spannung vergleicht und die Leistungsstufe analog der festgestellten Spannungsdifferenz steuert.of a DC brush motor The invention relates to an apparatus for controlling and angular positioning of a direct current brush motor with a tachometer generator sitting on the motor shaft, with a tachometer that controls the motor power supply Power stage and with an operational amplifier that the output actual voltage of the tachometer generator with a predetermined, corresponding to the desired engine speed The target voltage compares and the power level is analogous to the determined voltage difference controls.
Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Mit solchen Vorrichtungen lässt sich die Drehzahl eines Gleichstrom-Bürstenmotors in gewünschter Weise steuern. Dazu wird von dem auf der Motorwelle sitzenden Tachogenerator eine Ist-Spannung abgenommen, die der jeweiligen momentanen Drehzahl des Motors entspricht. Diese Ist-Spannung wird mit einer vorgegebenen Soll-Spannung verglichen, die die gewünschte Motordrehzahl darstellt. Ist- und Soll-Sparmung werden durch einen Operationsverstärker verglichen, dessen Ausgangssignal die Motorbestromung analog der festgestellten Abweichung der Ist-Spannung von der Soll-Spannung steuert.Devices of this type are known. With such devices leaves control the speed of a DC brush motor in the desired manner. For this purpose, an actual voltage is generated by the tachometer generator located on the motor shaft removed, which corresponds to the current speed of the engine. These Actual voltage is compared with a predetermined target voltage, which is the desired Represents engine speed. Actual and target savings are achieved by an operational amplifier compared, the output signal of the motor energization analogous to the determined Controls deviation of the actual voltage from the target voltage.
Mit dieser bekannten Vorrichtung ist zwar eine sehr genaue Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors möglich, eine genaue Winkelpositionierung des Motors beim Ab stoppen ist dagegen nicht möglich. Zum Zwecke einer genauen Winkelpositionierung mussten deshalb bisher Schrittmotoren verwendet werden. Diese Schrittmotoren sind jedochegenüber einem Gleichstrom-Bürstenmotor wesentlich aufwendiger aufgebaut und benötigen ausserdem eine verhältnismässig aufwendige SteueLektronik.With this known device there is a very precise control the speed of a DC motor possible, precise angular positioning of the On the other hand, it is not possible to stop the motor when it is stopped. For the purpose of precise angular positioning therefore stepper motors had to be used up to now. These stepper motors are however, compared to a direct current brush motor, it is much more complex and expensive also require relatively complex control electronics.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine genaue Winkelpostionierung auch eines einfach aufgebauten Gleichstrom-Bürstenmotors ermöglicht.The invention is based on the object of creating a device the precise angular positioning of even a simply constructed one with simple means DC brush motor allows.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung de eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf der Motorwelle eine Takt scheibe mit über den Umfang verteilten Durchbrechungen sitzt, dass eine Lichtquelle und dieser gegenüber eine Differentialfotodiode vorgesehen sind, zwischen denen sich der mit den Durchbrechungen versehene Bereich der Taktscheibe befindet, und dass zum Abstoppen des Motors das Ausgangssignal der Differentialfotodiode als Soll-Signal an dem Operationsverstärker anliegt.This task is achieved in a device of the type mentioned at the beginning solved according to the invention in that on the Motor shaft one stroke disk with perforations distributed over the circumference that a light source sits and a differential photodiode is provided opposite this, between which the area of the timing disk provided with the perforations is located, and that to stop the motor the output signal of the differential photodiode as a target signal is applied to the operational amplifier.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Steuerung der Motordrehzahl eines Gleichstrom-Bürstenmotors in der gleichen Weise wie die eingangs beschriebene bekannte Vorrichtung. Zusätzlich ist jedoch eine äusserst genaue Winkelpositionierung beim Abstoppen des Motors möglich. Die genauen Winkelstellungen, in welchen der Motor abgestoppt werden kann, sind durch die Durchbrechungen der Taktscheibe festgelegt. Zum Abstoppen des Motors wird auf das entsprechende Stoppsignal hin das Ausgangssignal der Differentialfotodiode als Soll-Signal dem Operationsverstärker zugeführt.The device according to the invention enables the engine speed to be controlled a DC brush motor in the same way as that described above known device. In addition, however, an extremely precise angular positioning is required possible when stopping the engine. The exact angular positions in which the The engine can be stopped are defined by the openings in the timing disk. To stop the motor, the corresponding stop signal is followed by the output signal the differential photodiode is supplied to the operational amplifier as a target signal.
Sobald auf das Stoppsignal hin die nächste Durchbrechung der sich mit der Motorwelle drehenden Takt scheibe in den Bereich der Lichtquelle und der Differentialfotodiode kommt, fällt das Licht der Lichtquelle durch diese Durchbrechung auf die Differentialfotodiode. Solange die Mitte dieser Durchbrechung nicht genau mit der Verbindungslinie von Lichtquelle und Differentialfotodiode ausgerichtet ist, wird die Differentialfotodiode von der Lichtquelle unsymmetrisch beleuchtet. Dadurch wird eine der beiden Fotodioden der Differentialfotodiode stärker als die andere beleuchtet und die Differentialfotodiode liefert ein Ausgangssignal.As soon as the stop signal is followed by the next breakthrough with the motor shaft rotating clock disk in the area of the light source and the Differential photodiode comes, the light from the light source falls through this opening on the differential photodiode. As long as the middle of this breakthrough is not exactly aligned with the line connecting the light source and differential photodiode is, the differential photodiode is illuminated asymmetrically by the light source. This makes one of the two photodiodes of the differential photodiode stronger than that others are illuminated and the differential photodiode provides an output signal.
Dieses Ausgangs signal wird als Soll-Signal auf den Operationsverstärker gegeben, der dementsprechend die Motorbestromung so steuert, dass der Motor und mit diesem die Taktscheibe in der Richtung gedreht wird, dass sich die Durchbrechung symmetrisch zu der Differentialfotodiode ausrichtet. Erst wenn diese genaue Ausrichtung und damit Winkelpositionierung des Motors erreicht ist, wird die Differentialfotodiode symmetrisch beleuchtet, so dass beide Dioden der Differentialfotodiode gleich stark beleuchtet werden und diese somit kein Ausgangssignal liefert. Es wird somit auch kein Soll-Signal an den Operationsverstärker geliefert, so dass der Motor nicht mehr bestromt wird.This output signal is sent as a target signal to the operational amplifier given, which accordingly controls the motor energization so that the motor and with this the timing disc is rotated in the direction that is aligns the opening symmetrically to the differential photodiode. Only when this exact alignment and thus angular positioning of the motor has been achieved, the differential photodiode is illuminated symmetrically so that both diodes of the Differential photodiode are equally illuminated and thus no output signal supplies. No setpoint signal is sent to the operational amplifier, so that the motor is no longer energized.
Da der Motorrotr eine gewisse Trägheit besitzt, neigt der Rotor dazu, sich über die gewünschte Winkelposition beim Abstoppen hinauszudrehen. Die Differentialfotodiode erzeugt daher eine relativ starke Bestromung des Motors in Gegenrichtung, was zu einem erneuten Drehen des Motors in Gegenrichtung über die gewünschte Winkelposition hinausführt.Since the motor rotor has a certain inertia, the rotor tends to to turn beyond the desired angular position when stopping. The differential photodiode therefore generates a relatively strong current flow to the motor in the opposite direction, which leads to rotating the motor again in the opposite direction through the desired angular position leads out.
Die beschriebene Winkelpositionierung hätte somit einen verhältnismässig langdauernden Einschwingvorgang zur Folge.The angular positioning described would thus have a relative one result in a long transient process.
Ein solches ungünstiges Einschwingverhalten wird erfindungsgemäss dadurch verhindert, dass der Tachogenerator zwangsläufig zu einer starken Dämpfung der Schwingung führt. Da zum Abstoppen des Motors, auf das entsprechende Stoppsignal hin, keine Soll-Spannung an dem die Motorbestromung steuernden Operationsverstärker anliegt, tritt nur dann keine Motorbestromung auf, wenn die Motorwelle aill steht und der Tachogenerator somit kein Ausgangssignal liefert. Jede Drehung der Motorwelle erzeugt dagegen ein Dachogenerator-Ausgangssignal, das zu einer Bestromung des Motors entgegen seiner Drehrichtung führt. Insbesondere wenn das Dachogenerator-Ausgangssignal noch über einen Operationsverstärker verstärkt wird, hat dies zur Folge, dass der Motor im Stoppzustand jeder Drehung ein sehr starkes entgegengerichtetes Drehmoment entgegensetzt. Dieses starke entgegengesetzte Drehmoment führt zu einer sehr starken Dämpfung des Einschwingens bei der Winkelpositionierung.Such an unfavorable transient response is achieved according to the invention this prevents the tachometer generator from inevitably causing severe attenuation the vibration leads. As for stopping the engine, on the corresponding stop signal no target voltage at the operational amplifier controlling the motor power supply is applied, the motor is only energized when the motor shaft is at a standstill and the tachometer generator therefore does not provide an output signal. Every rotation of the motor shaft on the other hand, generates a roof generator output signal that energizes the motor leads against its direction of rotation. Especially when the roof generator output signal amplified via an operational amplifier will has this As a result, when the motor is stopped, every rotation is very strong in the opposite direction Opposite torque. This strong opposite torque results in a very strong damping of the swing-in during angular positioning.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung liefert daher mit einfachsten Mitteln nicht nur eine Steuerung der Motordrehzahl sondern auch eine äusserst präzise und schnelle Winkelpositionierung eines Gleichstrom-Bürstenmotors.The device according to the invention therefore delivers with the simplest of means not only a control of the engine speed but also an extremely precise and fast angular positioning of a DC brush motor.
Die Takt scheibe mit ihren Durchbrechungen kann dabei zusätzlich während des Laufens des Motors zur Steuerung verwendet werden. Dazu werden während des Laufens des Motors die in der Differentialfotodiode durch die Lichtquelle und die Durchbrechungen der Takt scheibe erzeugten Sigale gezählt, um die Anzahl der Motorumdrehungen oder Winkelschritte zu bestimmen. Beispielsweise kann der Motor mit einer hohen Drehzahl von etwa 3.000 bis 5.000 Umdrehungen pro Minute eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen ausführen, die durch die von Lichtquelle, Dalt:tscheibe und Differentialfotodiode erzeugten Lichtsignale gezählt wird.The tact disc with its openings can also be used during the running of the engine can be used for control. Do this while running of the motor in the differential photodiode through the light source and the openings the clock disk generated signals counted to the number of engine revolutions or To determine angular steps. For example, the engine can run at a high speed from about 3,000 to 5,000 revolutions per minute a predetermined number of revolutions run by that of light source, Dalt: t disk and differential photodiode generated light signals is counted.
Nach dieser vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen der Motorwelle wird die Motorsteuerung durch ein entsprechendes Signal auf eine langsamere Drehzahl von beispielsweise 1oo bis 500 Umdrehungen pro Minute umgeschaltet. Aus dieser langsamen Drehzahl ist ein sofortiges Abstoppen des Motors möglich, so dass auf ein Stoppsignal hin der Motor abgestoppt wird, sobald die nächste Durchbrechung der Gaktscheibe in den Bereich der aus Lichtquelle und Differentialfotodiode gebildeten Lichtschranke gelangt. Da auch während des Langsamgangs die Zahl der Umdrehungen bzw. Winkelschritte der Taktscheibe gezählt wird, kann der Motor durch die erfindungsgemässe Vorrichtung nach einer genau vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen und Bruchteilen von Umdrehungen abgestoppt werden.After this predetermined number of revolutions the motor shaft will the engine control by a corresponding signal to a slower speed switched from, for example, 1oo to 500 revolutions per minute. From this slow one Speed, the motor can be stopped immediately so that a stop signal is received towards the engine is stopped as soon as the next breakthrough in the Gakt disc in the area of the light barrier formed by the light source and differential photodiode got. Since the number of revolutions or angular steps also during slow speed the Clock disk is counted, the motor can by the device according to the invention after a precisely specified number of revolutions and fractions of revolutions be stopped.
Eine solche genaue Motorsteuerung und Positionierung ist beispielsweise bei Buchungsautomaten für den Einzug von Kontenkarten erforderlich. Durch eine von der Motorwelle angetriebene Walze wird dabei die Kontenkarte jeweils um eine vorgegebene Strecke vor- oder zurückgezogen, so dass eine gewünschte angesteuerte Zeile der Kontenkarte gelesen oder beschrieben werden kann.Such precise motor control and positioning is for example Required for the collection of account cards for booking machines. Through one of The roller driven by the motor shaft will increase the account card by a predetermined amount Stretched forwards or backwards so that a desired controlled line of the Account card can be read or written to.
Selbstverständlich eignet sich die erfindungsgemässe Steuervorrichtung auch für alle anderen Anwendungszwecke, bei denen bisher ein Schrittmotor verwendet werden musste.The control device according to the invention is of course suitable also for all other applications where a stepper motor was previously used had to become.
Weitere Merkmal und Vorteile der Erfindung gehen aus den Patentanspriichen un3 der folgenden Beschreibung hervor.Further features and advantages of the invention emerge from the patent claims un3 from the following description.
Im folgenden wird die Erfinlurlg anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 chematisch die Vorrichtung gemäss der Erwindung und Fig. 2 einen Schalüplan eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.In the following, the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the accompanying drawing. 1 shows chemically the device according to the invention and Fig. 2 a Schematic diagram of an embodiment of the invention.
Wie Fig. 1 zeigt, sitzt auf der schematisch dargestellten Welle 10 eines Gleichstrommotors 12 ein Dachogenarator 14 sowie eine Taktscheibe 1S. Die Taktscheibe 16 weist an ihrem Umfang Durchbrechungen in Form von Löchern 18 auf.As FIG. 1 shows, the shaft 10 is seated on the schematically illustrated shaft a DC motor 12, a roof generator 14 and a timing disk 1S. the Timing disk 16 has openings in the form of holes 18 on its circumference.
Im Bereich dieser Durchbrechungen 18 ist auf einer Seite der Taktscheibe 16 eine Lichtquelle 20 angebracht. Auf der anderen Seite der Ta'cb-scheibe 1G befindet sich dieser Lichtquelle 20 gegenüber e-ine Differentialfotodiode 22, die aus zwei in Umfangsrichtung der Takt scheibe 16 nebeneinander angeordneten Foüodioden 22 a und 22 b besteht.In the area of these openings 18 is on one side of the timing disk 16 a light source 20 attached. On the other side of the Ta'cb washer 1G is located This light source 20 opposite a differential photodiode 22, which consists of two Foüodioden 22 arranged next to one another in the circumferential direction of the clock disk 16 a and 22 b.
Die Ausgangspannungen der gegeneinander geschalteten Fotodioden 22 a und 22 b werden auf einen Differenzverstärker 24 gegeben.The output voltages of the mutually connected photodiodes 22 a and 22 b are fed to a differential amplifier 24.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 24 wird während des Laufens des Motors der Steuerelektronik 26 zugeführt.The output of the differential amplifier 24 is increased while running of the motor of the control electronics 26 is supplied.
Die Zahl der Ausgangssignale des Differenzverstärkers 24, die der Anzahl der an der Differentialfotodiode 22 -vorbeibewegten Durchbrechungen 18 enticht, wird in bekannter Weise in der Steuerelektronik 26 gezählt, um die Anzahl der Motorumirehungen bzw. der Winkelschritte des Motors für die Programmsteuerung zu bestimmen.The number of output signals of the differential amplifier 24 that the Number of openings 18 moved past the differential photodiode 22, is counted in a known manner in the control electronics 26 to the number of motor rotations or to determine the angular steps of the motor for program control.
Auf ein von der Steuerelektronik 26 kommendes Stopp-Signal wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 24 in später zu beschreibender Weise einer Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 zugeführt. Ein Beispiel für den Aufbau der Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 wird später anhand der Figur 2 beschriebex Der Ist-Soll-Vergleichs schaltung 28 wird durch die Steuerelektronik 26 je nach deren Programmierung ein Langsam-Vorwärts-Befehl, ein Schnell-Vorwärts-Befehl, ein Langsam-Rückwärts-Befehl, ein Schnell-Rückwärts-Befehl oder ein Stopp-Befehl zugeführt. Im Falle eines Vorwärts- oder Rückwärts-Befchles wird in der Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 jeweils eine dieser gewünschten Drehzahl entsprechenden vorgegebene Soll-Spannung mit der der tatsächlichen Motorendrehzahl entsprechenden Ist-Spannung des Tachogenerators 14 verglichen. Ein diesem Vergleich entsprechendes Ausgangssignal steuert analog eine Leistungsstufe 30. Die Leistungsstufe 30 steuert wiederum die Bestromung des Gleichstrommotors 12.In response to a stop signal coming from the control electronics 26 will the output of the differential amplifier 24 in a manner to be described later an actual / target comparison circuit 28 is supplied. An example of the structure of the The actual / target comparison circuit 28 will be described later with reference to FIG. 2. The actual / target comparison circuit 28 is activated by the control electronics 26 depending on its programming Slow forward command, a fast forward command, a slow backward command, a fast reverse command or a stop command is supplied. In the case of a forward or backward commands are each one in the actual / target comparison circuit 28 the specified target voltage corresponding to this desired speed with that of the actual voltage of the tachometer generator 14 corresponding to the actual engine speed compared. An output signal corresponding to this comparison controls an analog Power stage 30. The power stage 30 in turn controls the energization of the direct current motor 12th
Anhand des Schaltungsbeispiels der Figur 2 soll nun Aufbau und Funktionsweise der Drehzahlsteuerung und Winkelpositionierung im einzelnen beschrieben werden.With the aid of the circuit example in FIG. 2, the structure and mode of operation will now be described speed control and angular positioning are described in detail.
Die in Figur 2 dargestellte Steuerungs- und Positionierungsschaltung wird von der Steuerelektronik 26 über die Eingänge 32, 34, 36,3ß und 40 angesteuert. Über den Eingang 32 wird das Stopp-Befehlssignal, über den Eingang 34 das Befehlssignal für die Vorwärtsdrehung im Langsamgang, über den Eingang 36 das Befehlssignal für die Vorwärtsdrehung im Schnellgang, über den Eingang 38 das Befehlssignal für die Rückwärtsdrehung im Langsamgang und iiber den Eingang 40 das Befehlssignal für die Rückwärtsdrehung im Schnellgang zugeführt.The control and positioning circuit shown in FIG is controlled by the control electronics 26 via the inputs 32, 34, 36,3ß and 40. The stop command signal is sent via input 32 and the Command signal for forward rotation in slow gear, via input 36 the command signal for the forward rotation in overdrive, via the input 38 the command signal for the Reverse rotation in slow gear and via input 40 the command signal for the Reverse rotation fed in overdrive.
Die Bestromung des Gleichstrom-Bürstenmotors 12 wird durch eine Leistungsstufe gesteuert, die aus den Transistoren 42, 44, 46 und 48 besteht. Diese Transistoren 42 bis 48 sind in bekanntes Weise als integrierte Darlingten-Verstärker ausgebildet. In der vorliegenden Schaltung, die mit einer Versorgungspannung von +24 Volt arbeitet, sind die Transistoren 42 und 44 bzw.The current supply to the direct current brush motor 12 is provided by a power stage which consists of transistors 42, 44, 46 and 48. These transistors 42 to 48 are designed in a known manner as integrated Darlingten amplifiers. In the present circuit, which works with a supply voltage of +24 volts, are the transistors 42 and 44 resp.
die Transistoren 46 und 48 jeweils in Reihe zwischen die Versorungsspannung von +24 Volt und die Masseleitung von 0 Volt geschaltet. Die Transistoren 42 und 46 sind npn-Transistoren, während die Transistoren 44 und 48 pnp-Transistoren sind. Der Gleichstrommotor 12 ist mit seinen Stromzuleitungen zwischen die jeweiligen Verbindungspunkte der Emitter der Transistoren 42 und 44 bzw. 46 und 48 geschaltet. Die Transistoren 42 und 44 werden über ihre miteinander verbundenen Basen angesteuert und ebenso werden die Transistoren 46 und 48 gemeinsam über ihre miteinander verbundenen Basen angesteuert.the transistors 46 and 48 each in series between the supply voltage of +24 volts and the ground line of 0 volts. The transistors 42 and 46 are npn transistors while transistors 44 and 48 are pnp transistors. The DC motor 12 is with its power supply lines between the respective Connection points of the emitters of transistors 42 and 44 or 46 and 48 are connected. The transistors 42 and 44 are driven via their interconnected bases and also, transistors 46 and 48 are commonly connected through theirs Bases controlled.
Da die Transistoren 42 und 44 genau gleich aufgebaut sind wie die Transistoren 46 und 48 befindet sich im Ruhezustand der Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44 auf dem gleichen Potential wie der Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48, so dass über den Gleichstrommotor 12 kein Strom fliesst. Bei einem positiven Anstieg der an den Basen der Transistoren 42 und 44 anliegenden Steuerspannung wird der Transistor 42 stärker aufgesteuert, während der Transistor 44 zugesteuert wird. Dadurch ergibt sich ein analoges Ansteigen des potentials am Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44. Das an den Basen der Transistoren 42 und 44 anliegende Steuersignal wird gleichzeitig dem inertierenden Singang eines Operationsverstärkers 5o zugeführt, der einen Verstärkungsfaktor von 1 aufweist. Das invertierte Ausgangs signal des Operationsverstärkers 50 liegt an den miteinander verbundenen Basen der Transistoren 46 und 48 an. Dadurch wird der Transistor 46 analog dem Steuersignal zugesteuert, während der Transistor 48 analog aufgesteuert wird. Das Potential am gemeinsamen Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48 nimmt daher ab, so dass eine Potentialdifferenz zwischen dem Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44 und dem Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48 entsteht, die zu einer Bestromung des Motors 12 führt. In entsprechender Weise führt ein Absinken der an den Basen der Transistoren 42 und 44 anliegenden Steuerspannung zu einem Absinken des Potentials am Verbindungspunkt de:r Emitter der Transistoren 42 und 44 und zu einem Anstieg des Potentials am Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48, so dass der Gleichstrommotor 12 in entgegengesetzter Richtung bestromt wird und sich rückwärts dreht.Since the transistors 42 and 44 are constructed exactly the same as the At rest, transistors 46 and 48 are the connection point of the emitters of transistors 42 and 44 at the same potential as that Connection point the emitter of transistors 46 and 48, so that no Electricity flows. With a positive increase in the voltage at the bases of the transistors 42 and 44 applied control voltage, the transistor 42 is turned on more strongly while the transistor 44 is closed. This results in an analogous increase in potentials at the junction of the emitters of transistors 42 and 44. The at the Bases of the transistors 42 and 44 applied control signal is simultaneously the inerting Singang an operational amplifier 5o supplied, which has a gain of 1 has. The inverted output signal of the operational amplifier 50 is present the interconnected bases of transistors 46 and 48. This will make the Transistor 46 is controlled analogously to the control signal, while transistor 48 is analogously is turned on. The potential at the common connection point of the emitters of the Transistors 46 and 48 therefore decreases, leaving a potential difference between the connection point of the emitters of transistors 42 and 44 and the connection point the emitter of the transistors 46 and 48 arises, which lead to a current supply to the motor 12 leads. In a corresponding manner, the at the bases of the transistors decreases 42 and 44 applied control voltage to a drop in the potential at the connection point de: r emitter of transistors 42 and 44 and an increase in the potential at the connection point the emitter of transistors 46 and 48 so that the DC motor 12 is in opposite Direction is energized and rotates backwards.
Die Steuerung der aus den Transistoren 42, 44, 46 und 48 bestehenden Leistungsstufe erfolgt über einen als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärker 52, dessen Ausgangssignal an den niteinander verbundenen Basen der Transistoren 42 und 44 und über den invertierenden Operationsverstärker 5o an den mit ein anker verbundenen Basen der Transistoren 46 und 48 anliegt.The control of the transistors 42, 44, 46 and 48 existing The power stage takes place via an operational amplifier working as a differential amplifier 52, the output of which at the interconnected bases of the transistors 42 and 44 and via the inverting operational amplifier 5o to the with an anchor connected bases of the transistors 46 and 48 is applied.
Am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 liegt im Ruhezustand eine Spannung an, die durch das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände R 1 und R 2 bestimmt ist. Die Widerstd:nde R 1 und R 2 sind im dargestellten Beispiel gleich, so dass am invertierenden Eingang des operationsverstärkers 52 im Ruhezustand die Spannung von + 12 Volt anliegt.The inverting input of the operational amplifier 52 is in the idle state a voltage determined by the voltage dividing ratio of the resistors R 1 and R 2 is determined. The resistances R 1 and R 2 are the same in the example shown, so that the inverting input of the operational amplifier 52 in the idle state Voltage of + 12 volts is applied.
Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 52 ist mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 54 verbunden, der die Ausgangsspannung des Tachogenerators 14 verstärkt. Im Ruhezustand, d.h. bei Stillstand des Motors 12 in einer vorgeschriebenen Winkelposition erzeugt der Tachogenerater 14 keine Ausgangspannung, so dass am Differenzverstärker 52 keine Spannungsdifferenz anliegt und der Differenzverstärker 52 kein Steuersignal für die Leistungsstufe erzeugt. Der Motor 12 wird daher, wie oben beschrieben, nicht bestromt.The non-inverting input of operational amplifier 52 is with connected to the output of an operational amplifier 54, which the output voltage of the Tachogenerator 14 reinforced. In the idle state, i.e. when the motor 12 is at a standstill In a prescribed angular position, the tachometer 14 does not generate any output voltage, so that there is no voltage difference at the differential amplifier 52 and the differential amplifier 52 no control signal is generated for the power stage. The engine 12 is therefore how described above, not energized.
Dieser Ruhezustand wird durch die Steuerelektronik 26 in der Weise erzeugt, dass der Anschluss 34 frei ist, der Anschluss 36 an Masse liegt, der Anschluss 38 an Masse liegt und der Anschluss 40 frei ist.This idle state is through the control electronics 26 in the way generates that the connection 34 is free, the connection 36 is grounded, the connection 38 is grounded and terminal 40 is free.
Soll der Motor 12 im Langsamgang in Vorwärtsrichtung gedreht werden, so wird durch die Stewelektronik 26 der Anschluss 4 an Masse gelegt und somit der Widerstand R 3 parallel zu dem Widerstand R 2 geschaltet.If the motor 12 is to be rotated slowly in the forward direction, so the connection 4 is connected to ground by the steward electronics 26 and thus the Resistor R 3 connected in parallel with resistor R 2.
Dadurch sinkt das an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegende Potential ab, so dass eine Spannungsdifferenz an Eingang des Operationsverstärkers 52 entsteht. Die Steuerspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 52 steigt daher an und der Motor 12 wird in der oben beschriebenen Weise analog der am Operatiensverstrker 52 anliegenden Spannung in Vorwärtsdrehrichtung bestromt. Entsprechend der Motor drehung entsteht am Tachogenerator 14 eine Ausgangsspannung , die über den Operationsverstärker 54 verstärkt dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 zugeführt wird. Sobald der Motor 12 die gewünschte Drehzahl im Langsamgang erreicht hat, hat die am nicht invertierenden Eingang des Operatiionsver stärkers 52 anliegende Spannung den Wert der Spannung am invertierenden Eingang erreicht, so dass der Operationsverstärker 52 kein Ausgangssignal mehr liefert und die Motorbestromung beendet wird. Sinkt die Motordrehzahl unter den vorgegebenen Wert ab, setzt die Motor bestromung wieder ein. Steigt die Motordrehzahl über den vorgegebenen Wert an, so erzeugt der Differenzverstärker 52 ein entgegengesetztes Ausgangssignal und der Motor 12 wird entgegen seiner Drehrichtung bestromt, bis er die vorgegebene Drehzahl wieder erreicht hat.This sinks that at the inverting input of the operational amplifier 52 applied potential, so that a voltage difference at the input of the operational amplifier 52 is created. The control voltage at the output of the operational amplifier 52 therefore increases on and the motor 12 is analogous to that on the operational amplifier in the manner described above 52 applied voltage energized in forward direction of rotation. According to the engine rotation, an output voltage is generated at the tachometer generator 14, which is transmitted via the operational amplifier 54 amplified fed to the non-inverting input of the differential amplifier 52 will. As soon as the motor 12 has reached the desired speed in slow gear the voltage applied to the non-inverting input of the amplifier 52 Operatiionsver reaches the value of the voltage at the inverting input, so the operational amplifier 52 no longer supplies an output signal and the motor power supply is terminated. Sinks If the motor speed drops below the specified value, the motor is energized again a. If the engine speed rises above the specified value, the differential amplifier generates 52 an opposite output signal and the motor 12 is opposite to its direction of rotation energized until it has reached the specified speed again.
Das Absinken der am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegenden Soll-Spannung und damit die Drehzahl des Motors im Langsamgang wird durch den aus den Widerständen R 1, R 2 uiid R j> gebildeten Spannungsteiler bestimmt.The drop in the inverting input of the operational amplifier 52 applied setpoint voltage and thus the speed of the motor in slow gear through the out the resistors R 1, R 2 uiid R j> formed Voltage divider determined.
Soll der Motor im Langsamgang rückwärts gedreht werden, so wird der nornialerweise an Masse liegende Anschlss 38 durch die Steuerelektronik 25 freigegeben. Die Spannung an Anschluss 38 steigt dadurch an und ebenso steigt die am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegende Spannung an. Der Spannungsanstieg am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 wird dabei durch den Spannungsteiler bestimmt, der von den Widerständen R 1 und R 2 sowie der parallel zu dem Widerstand R 1 geschalteten Reihenschaltung des Widerstandes R 4 und der Diode D 1 gebildet wird.If the motor is to be rotated backwards in slow gear, the Terminal 38 normally connected to ground is released by control electronics 25. The voltage at terminal 38 rises as a result, and the voltage at the inverting one rises as well Input of the operational amplifier 52 applied voltage. The rise in tension at the inverting input of the operational amplifier 52 is thereby through the voltage divider determined that of the resistors R 1 and R 2 as well as that in parallel with the resistor R 1 connected series connection of the resistor R 4 and the diode D 1 is formed will.
Durch das Ansteigen der Spannung am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 ensteht eine Spannungsdifferenz am Eingang des Differenzverstärkers 52, die zu einem negativen Ausgangssignal des Operationsverstärkers 52 führt, was wiederum zu einer analog gesteuerten Bestromung des Motors 12 in Rückwärtsrichtung führt. Durch die Drehung des Motors 12 entsteht in der oben beschriebenen Weise am lachogenerator 14 eine Ausgangsspannung, die über den Operationsverstärl.er 54 verstärkt dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 zugeführt wird. Die Drehzahl des Motors 12 steigt in der oben beschriebenen Weise an, bis die gewünschte Soll-Drehzahl erreicht ist und die Spannungsdifferenz am Eingang de Operationsvertärkers 52 verschwindet.By increasing the voltage at the inverting input of the differential amplifier 52 results in a voltage difference at the input of the differential amplifier 52, which to leads to a negative output signal of operational amplifier 52, which in turn leads to an analog controlled energization of the motor 12 in the reverse direction. The rotation of the motor 12 results in the lachogenerator in the manner described above 14 an output voltage that is not amplified via the operational amplifier 54 inverting input of the differential amplifier 52 is supplied. The speed of the motor 12 increases in the manner described above until the desired target speed is reached and the voltage difference at the input de operational amplifier 52 disappears.
Soll der Motor im Schnellgang in Vorwärtsrichtung gedreht werden, so wird der normalerweise an Masse liegende Anschluss 36 durch die Steuerelektronik 26 freigegeben. Dadurch steigt die am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 anliegende Spannung praktisch auf den vollen Wert der Versorgungsspannung von + 24 Volt an. Die am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 anliegende Spannung bleibt auf dem durch die Widerstände R 1 und R 2 bestimmten Wert von + 12 Volt. Entsprechend dieser am Differenzerstärker 52 anliegenden grossen Spannungsdifferenz erzeugt dieser ein grosses positives Ausgangssignal, das zu einer hohen Bestromung des Motors 12 in V rwärtsrichtung führt. Der Motor 12 läuft daher mit einem hohen Drehmoment an. Die Drehzahl des Motors 12 steigt nun solange an, bis die vom Tachogenerator 14 erzeugte und vom Operationsverstärker 54 verstärkte Spannung den Spannungsanstieg am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 ausgeglichen hat. Auch hierbei erfolgt die Bestromung des Motors 12 analog, d.h. die Bestromung nimmt mit zunehmender Drehzahl des Motors ab und kehrt sich um, falls die Drehzahl die vorgegebene Soll-Drehzahl des Schnellgangs überschreitet. Die Soll-Drehzahl wird dabei im wesentlichen durch den Widerstand R 5 bestimmt, wobei eine Variation durch den Abgleichwiderstand R 6 möglich ist.If the motor is to be turned at high speed in the forward direction, this is how the connection 36, which is normally connected to ground, is made by the control electronics 26 released. This increases the amount at the non-inverting input of the differential amplifier 52 applied voltage practically to the full value of the supply voltage of + 24 volts. The applied to the inverting input of the differential amplifier 52 The voltage remains at the value of + determined by the resistors R 1 and R 2 12 volts. Corresponding to this large voltage difference present at the differential amplifier 52 this generates a large positive output signal, which leads to a high current flow of the motor 12 leads in the forward direction. The engine 12 therefore runs at a high Torque on. The speed of the motor 12 now increases until the speedometer generator 14 generated and amplified by the operational amplifier 54 voltage increases the voltage has equalized at the non-inverting input of the differential amplifier 52. Even In this case, the current is supplied to the motor 12 in an analogous manner, i.e. the current is supplied with it increasing speed of the motor and reverses if the speed is the specified The target speed of the overdrive is exceeded. The target speed is essentially determined by the resistor R 5, a variation being determined by the trimming resistor R 6 is possible.
Soll schliesslich der Motor im Schnellgang in Rückwärtsrichtung gedreht werden, so wird durch die Steuerelektronik 26 der normalerweise frei liegende Anschluss 4o an das Massepotential 15Full gelegt. Dadurch sinkt die am nicht invertierenden Eingang des Diff erenzverst ärker s 52 anliegende Spannung nahezu auf das Potential Null ab.Finally, the engine should be rotated at high speed in reverse direction are, the normally exposed connection is made by the control electronics 26 4o applied to the ground potential 15Full. As a result, the am does not decrease inverting Input of the differential amplifier 52 applied voltage almost to the potential Zero off.
Da am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 weiterhin die Spannung von + 12 Volt anliegt,entsteht eine starke Spannungsdifferenz, die zu einem entsprechend grossen negativen Ausgangssignal des Differenzverstärkers 52 führt. Der Motor 12 wird somit in Rückwärtsrichtung stark bestromt, so dass er mit hohem Drehmoment anläuft.Mit zunehmender Drehzahl des Motors 12 wächst die Spannung des Tachogenerators 14 an, bis der Spannungsabfall an nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 ausgeglichen und die Eingangs-Spannungsdifferenz des Differenzverstärkers 52 verschwunden ist. Das analoge Einregeln der Soll-Drehzahl geschieht in der oben beschriebenen Weise.Since the inverting input of the differential amplifier 52 continues the voltage of + 12 volts is applied, there is a strong voltage difference, the to a correspondingly large negative output signal of the differential amplifier 52 leads. The motor 12 is thus strongly energized in the reverse direction, so that he starts with high torque. As the speed of the motor 12 increases, the voltage increases of the tachometer generator 14 until the voltage drop at the non-inverting input of the differential amplifier 52 balanced and the input voltage difference of the Differential amplifier 52 has disappeared. The analog adjustment of the target speed happens in the manner described above.
Die Soll-Drehzahl bei der Rückwärtsdrehung im Schnellgang wird durch die Widerstände R 5, R 6, die Diode D 2 und den Widerstand R 7 bestimmt, wobei eine Variation durch den Abgleichwiderstand R 6 ebenfalls möglich ist.The target speed for reverse rotation in high gear is through the resistors R 5, R 6, the diode D 2 and the resistor R 7 are determined, with one Variation through the balancing resistor R 6 is also possible.
Das Abstoppen des Motors und die genaue W;nkelpositionieeng sollen nun beschrieben werden.Stopping the engine and the exact angular position should be will now be described.
Von der Steuerelektronik 26 wird auf den Anschluss 32 das Stoppsignal gegeben, d.h. dieser normalerweise an Masse liegende Anschluss wird freigegeben. Die Anschlüsse 34 bis 40 befinden sich dabei in dem oben beschriebenen Ruhezustand.The stop signal is sent from the control electronics 26 to the connection 32 given, i.e. this connection, which is normally connected to earth, is released. The connections 34 to 40 are in the idle state described above.
Durch das Freigeben des Anschlusses 32 steigt die Spannung am Gate eines Feldeffekttransistors 55 an, so dass dieser durchgeschaltet wird. Die über dem Differenz-Operationsverstärker 24- verstärkte Ausgangsspanhung der aus den Fotodioden 22 a und 22 b bestehenden Differentialfotodiode 22 wird nun über diesen Feldeffekttransistor 56 an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 gelegt. Falls die Winkelposition des Motors 12 und somit der Taktscheibe 16 von der genauen gewünschten Winkelposition abweicht, werden die Fotodiode 22 a und 22 b in der oben beschriebenen Weise von der Lichtquelle 20 durch die entsprechende Durchbrechung 18 der Taktscheibe 16 ungleichmässig beleuchtet, so dass eine Spannungsdifferenz am Ausgang der Differentialfotodiode entsteht, die durch den Operationsverstärker 24 verstärkt wird. Die durch die Widerstände R 1 und R 2 festgelegte Spannung von + 12 Volt am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 wird somit je noch der Richtung der Abweichung der Taktscheibe 16 von der genauen Winkelposition erhöht oder erniedrigt. Dies führt iii der oben für den Langsamgang beschriebenen Weise zu einer analogen Bestromung des Motors 12, wordurch dieser in Drehung versetzt wird und sich in Richtung auf die genaue gewünschte Winkelposition dreht. Sobald sich der Motor 12 und die Taktscheibe 16 über diese genaue Winkelposition hinaus drehen, kehrt sich das Ausgangssignal der Differentialfetediode 22 um und der Motor wird in entgegengesetzter Richtung bestromt.By releasing the terminal 32, the voltage at the gate increases of a field effect transistor 55 so that it is turned on. The above the differential operational amplifier 24 - amplified output voltage from the photodiodes 22 a and 22 b existing differential photodiode 22 is now over this field effect transistor 56 is applied to the inverting input of the differential amplifier 52. If the angular position of the motor 12 and thus the timing disk 16 from the exact desired angular position differs, the photodiode 22 a and 22 b in the manner described above from of the light source 20 through the corresponding opening 18 of the timing disk 16 unevenly illuminated so that a voltage difference at the output of the differential photodiode which is amplified by the operational amplifier 24. The one through the resistances R 1 and R 2 fixed voltage of + 12 volts at the inverting input of the differential amplifier 52 is thus depending on the direction of the deviation of the timing disk 16 from the exact Angular position increased or decreased. This leads iii the above for slow speed described manner to an analog energization of the motor 12, whereby this is rotated and moved towards the exact desired angular position turns. As soon as the motor 12 and the timing disk 16 have this exact angular position rotate out, the output of the differential diode 22 reverses and the motor is energized in the opposite direction.
Ein solches Schwingen unedle gewünschte Ruheposition aufgrund der Massenträgheit des Motors wird durch die Dämpfungswirkung des Tachogenerators 14 verhindert.Such a swinging non-noble desired rest position due to the The motor's inertia is reduced by the damping effect of the tachometer generator 14 prevented.
Die Drehung des Motors fithrt nämlich zu einer Ausgangsspannung am Tachogenerator, die über den Opterationsverstärker 54 verstärkt .il dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers ,2 anliegt. Diese Dachogeneratorspannung erzeugt daher zum Eingang des Differenzerstärkers 52 eine Spannunsdifferenz, die zu einer Bestromung des Motors 12 entgegen einer jeweiligen Drehrichtung führt.Namely, the rotation of the motor leads to an output voltage at Tachogenerator, which amplifies via the opteration amplifier 54 .il the non-inverting Input of the differential amplifier, 2 is applied. This generated roof generator voltage therefore to the input of the differential amplifier 52 a voltage difference which leads to a Energizing the motor 12 leads against a respective direction of rotation.
Aufgrund der analogen Steuerung der Bestromung ist diese Bestromung entgegen der Drehrichtung am stärksten, wenn der Motor 12 bzw. die Takt scheibe 16 durch die gewünschte genaue Winkelposition läuft. Bei diesem Durchgang durch die genaue Winkelposition entsteht nämlich an der Differentialfotodiode 22 kein Ausgangssignal, so dass am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 nur die der Drehzahl Null entsprechende Soll-Spannung von 12 Volt anliegt.This energization is due to the analog control of the energization against the direction of rotation strongest when the engine 12 or the clock disk 16 runs through the desired exact angular position. In this pass through namely, the exact angular position does not arise at the differential photodiode 22 Output signal, so that at the inverting input of the differential amplifier 52 only the target voltage of 12 volts corresponding to zero speed is applied.
Die vom Tachogenerator 14 erzeugte Ist-Spannung führt somit zu einer starken Dämpfung des Einschwingen des Motors 12 um seine genaue Winkelposition. Die Stärke der Dämpfung ist dabei insbesondere durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 54 bestimmt. Der Gleichstrom-Bürstenmotor 12 kann daher mit einer Einschwingzeit von weiigen Mikrosekunden auf eine genaue Winkelposition abgestoppt werden, wobei die Genauigkeit der Winkelpositionierung lediglich durch die Geometrie von Lichtquelle 20, Taktscheibe 16 und Differentialfotodiode 22 bestimmt ist.The actual voltage generated by the tachometer generator 14 thus leads to a strong damping of the oscillation of the motor 12 to its exact angular position. The strength of the damping is determined in particular by the gain factor of the Operational amplifier 54 is determined. The DC brush motor 12 can therefore with A settling time of white microseconds is stopped to an exact angular position The accuracy of the angular positioning is only due to the geometry of light source 20, timing disk 16 and differential photodiode 22 is determined.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19762647230 DE2647230C3 (en) | 1976-10-20 | 1976-10-20 | Device for stopping an electric motor at a specific point |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19762647230 DE2647230C3 (en) | 1976-10-20 | 1976-10-20 | Device for stopping an electric motor at a specific point |
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE2647230A1 true DE2647230A1 (en) | 1978-04-27 |
| DE2647230B2 DE2647230B2 (en) | 1980-07-10 |
| DE2647230C3 DE2647230C3 (en) | 1982-09-30 |
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ID=5990866
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19762647230 Expired DE2647230C3 (en) | 1976-10-20 | 1976-10-20 | Device for stopping an electric motor at a specific point |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2647230C3 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3139557A1 (en) * | 1980-10-06 | 1982-06-03 | Aisin Seiki K.K., Kariya, Aichi | "METHOD FOR STOPPING A DC MOTOR IN A PRESET POSITION" |
| DE3132839A1 (en) * | 1980-08-22 | 1982-07-29 | Victor Company Of Japan, Ltd., Yokohama, Kanagawa | TAPE CASSETTE RECORDING DEVICE WITH A FAST FORWARD DRIVE SYSTEM |
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1976
- 1976-10-20 DE DE19762647230 patent/DE2647230C3/en not_active Expired
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Non-Patent Citations (1)
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| DE3139557A1 (en) * | 1980-10-06 | 1982-06-03 | Aisin Seiki K.K., Kariya, Aichi | "METHOD FOR STOPPING A DC MOTOR IN A PRESET POSITION" |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2647230B2 (en) | 1980-07-10 |
| DE2647230C3 (en) | 1982-09-30 |
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Legal Events
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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